基于移相全桥LLC技术的充电桩智能充电电源系统[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201621125114.X
(22)申请日 2016.10.14
(73)专利权人 深圳市中电熊猫展盛科技有限公
司
地址 518000 广东省深圳市坪山新区大工
业区青兰二路6号兰亭科技工业园C栋
3-4楼
(72)发明人 沈长松　赵德利　郑宽涵　赵尚民　
杨斌　
(51)Int.Cl.
H02J 7/00(2006.01)
H02M 1/44(2007.01)
H02M 1/42(2007.01)
H02M 7/04(2006.01)
(54)实用新型名称
基于移相全桥LLC技术的充电桩智能充电电
源系统
(57)摘要
一种基于移相全桥LLC技术的充电桩智能充
电电源系统，包括EMI输入电路、PFC三相有源电
路、DC/DC变换电路、输入检测保护电路、DSP:PFC
控制驱动保护电路、DSP:DC/DC控制驱动保护电
路、辅助电源、输出检测保护及温度检测电路、通
讯电路和EMI输出电路，所述DC/DC变换电路包括
依次连接的LLC隔离驱动模块、控制驱动MOS管输
出信号模块和LLC谐振电路模块。

其优点是：具有
有源功率因数校正、高效率,高功率密度,抗干扰
能力强、性能指标优良稳定可靠、智能化控制,是
一种技术含量高,知识面宽,更新换代快、优良技
术互补结合的系统,可广泛应用于工业,新能源、
机房、运输、信息、
通信及文化等领域。

权利要求书1页 说明书4页 附图4页CN 206673608 U 2017.11.24
C N 206673608
U
1.一种基于移相全桥LLC技术的充电桩智能充电电源系统，其特征在于：包括EMI输入电路、PFC三相有源电路、DC/DC变换电路、输入检测保护电路、DSP:PFC控制驱动保护电路、DSP:DC/DC控制驱动保护电路、辅助电源、输出检测保护及温度检测电路、通讯电路和EMI输出电路，其中：
EMI输入电路连接PFC三相有源电路和输入检测保护电路，用于三相输入间的差模干扰、三相线与大地间的共模干扰，抑制尖脉冲干扰和除多种原因产生的传导干扰；
PFC三相有源电路连接EMI输入电路、DC/DC变换电路、DSP:PFC控制驱动保护电路和辅助电源，用于三相功率因数校正技术来抑制其产生的谐波污染；其由单独的DSP进行控制，根据交流输入电压，对输入电流进行校正，使其跟随交流输入电压，并按照环路计算的结果产生PWM进行驱动主电路；
DC/DC变换电路连接PFC三相有源电路、DSP:DC/DC控制驱动保护电路和EMI输出电路，用于转换成所需的辅助电源系统电压，其由DSP产生PWM控制前级PFC输出的直流电压，整流滤波输出电流电压；
输入检测保护电路连接EMI输入电路和DSP:PFC控制驱动保护电路，用于检测保护输入相的电压和电流是否正常，输入是否OVP过压、欠压；
DSP:PFC控制驱动保护电路连接PFC三相有源电路、输入检测保护电路、DSP:PFC控制驱动保护电路和辅助电源，用于检测保护PFCPWM脉宽控制信号、各相的PFC OCP过流、PFC OVP 过压；
DSP:DC/DC控制驱动保护电路连接DC/DC变换电路、DSP:PFC控制驱动保护电路、辅助电源、输出检测保护及温度检测电路和通讯电路，用于控制保护DC/DC变换电路、与通信电路互接信息；
辅助电源用于提供DSP模块和集成IC运作的电源电压，其利用三相有源PFC的直流输出，产生控制电路所需的各路电源；
输出检测保护及温度检测电路连接DSP:DC/DC控制驱动保护电路、通讯电路和EMI输出电路，用于保护检测输出电压OCP、OVP、欠压，以及充电桩电源模块的温度是否在正常水平；
通讯电路连接DSP:DC/DC控制驱动保护电路，用于读取和修改充电桩模块电源的性能参数信息；实现整流模块与控制模块的通信以及多个整流模块之间的均流作用；
输出电路连接DC/DC变换电路和输出检测保护及温度检测电路，用于将前级整流电压转换成充电模块要求的稳定的直流电压，输出充电桩所需要的直流电压。

2.根据权利要求1所述的一种基于移相全桥LLC技术的充电桩智能充电电源系统，其特征在于：所述DC/DC变换电路包括依次连接的LLC隔离驱动模块、控制驱动MOS管输出信号模块和LLC谐振电路模块。

3.根据权利要求1所述的一种基于移相全桥LLC技术的充电桩智能充电电源系统，其特征在于：所述LLC隔离驱动模块使用隔离驱动控制IC SI8235BD-D-ISR组成的电路。

权　利　要　求　书1/1页CN 206673608 U
基于移相全桥LLC技术的充电桩智能充电电源系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及在桥式连接中的交流功率输入变换为直流功率输出，尤指一种基于移相全桥LLC技术的充电桩智能充电电源系统。

背景技术
[0002]目前我国发展电动汽车已具有消费市场规模大、制造成本低、技术取得局部突破、资源保障能力强的四大优势。

电动汽车的发展需要大量的充电桩，但现有技术的充电桩充电系统存在占用PCB布板空间、效率低、噪音高、功率因数低、输出纹波大、动态响应慢、稳定性差、成本高、控制不灵活复杂、适应性差等缺点。

发明内容
[0003]针对现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种基于移相全桥LLC技术的充电桩智能充电电源系统。

[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于移相全桥LLC技术的充电桩智能充电电源系统，包括EMI输入电路、PFC三相有源电路、DC/DC变换电路、输入检测保护电路、DSP:PFC控制驱动保护电路、DSP:DC/DC控制驱动保护电路、辅助电源、输出检测保护及温度检测电路、通讯电路和EMI输出电路，其中：
[0005]EMI输入电路连接PFC三相有源电路和输入检测保护电路，用于三相输入间的差模干扰、三相线与大地间的共模干扰，抑制尖脉冲干扰和除多种原因产生的传导干扰；[0006]PFC三相有源电路连接EMI输入电路、DC/DC变换电路、DSP:PFC控制驱动保护电路和辅助电源，用于三相功率因数校正技术来抑制其产生的谐波污染；其由单独的DSP 进行控制，根据交流输入电压，对输入电流进行校正，使其跟随交流输入电压，并按照环路计算的结果产生PWM进行驱动主电路；
[0007]DC/DC变换电路连接PFC三相有源电路、DSP:DC/DC控制驱动保护电路和EMI输出电路，用于转换成所需的辅助电源系统电压，其由DSP产生PWM控制前级PFC输出的直流电压，整流滤波输出电流电压；
[0008]输入检测保护电路连接EMI输入电路和DSP:PFC控制驱动保护电路，用于检测保护输入相的电压和电流是否正常，输入是否OVP过压、欠压；
[0009]DSP:PFC控制驱动保护电路连接PFC三相有源电路、输入检测保护电路、DSP:PFC 控制驱动保护电路和辅助电源，用于检测保护PFCPWM脉宽控制信号、各相的PFC OCP 过流、PFC OVP过压；
[0010]DSP:DC/DC控制驱动保护电路连接DC/DC变换电路、DSP:PFC控制驱动保护电路、辅助电源、输出检测保护及温度检测电路和通讯电路，用于控制保护DC/DC变换电路、与通信电路互接信息；
[0011]辅助电源用于提供DSP模块和集成IC运作的电源电压，其利用三相有源PFC的直流输出，产生控制电路所需的各路电源；
[0012]输出检测保护及温度检测电路连接DSP:DC/DC控制驱动保护电路、通讯电路和EMI 输出电路，用于保护检测输出电压OCP、OVP、欠压，以及充电桩电源模块的温度是否在正常水平；
[0013]通讯电路连接DSP:DC/DC控制驱动保护电路，用于读取和修改充电桩模块电源的性能参数信息；实现整流模块与控制模块的通信以及多个整流模块之间的均流作用；[0014]输出电路连接DC/DC变换电路和输出检测保护及温度检测电路，用于将前级整流电压转换成充电模块要求的稳定的直流电压，输出充电桩所需要的直流电压。

[0015]进一步地：
[0016]所述DC/DC变换电路包括依次连接的LLC隔离驱动模块、控制驱动MOS管输出信号模块和LLC谐振电路模块。

[0017]所述LLC隔离驱动模块使用隔离驱动控制IC(SI8235BD-D-ISR)组成的电路。

[0018]本实用新型运用在三相三电平轮换驱动导通，并且使用隔离驱动控制I C (SI8235BD-D-ISR)结合DSP模块控制实现开关管的零电压开通，满足以下两个条件： 1)LLC 谐振电路本身的参数与状态应保证能通过谐振使导通管的结电容完全放电；2) 驱动信号在导通管的结电容完全放电后给出，即同一桥臂的开关管的关断、导通的时间间隔大于电容的充放电时间。

[0019]其中所有开关管一般要有相同脉宽驱动，通过移相错位控制能量转换时间，从而使得输出电压稳定。

当一个开关管关断时，变压器的初级电流给关断的开关管的并联电容充电，同时使同一桥臂的即将开通的开关管的并联电容放电，当关断的开关管的并联电容的电压充到电源电压时，即将开通的开关管的并联电容的两端电压下降到零，此时开通开关管，则该开关管在零电压下开通。

而在开关管关断时，由于它的并联电容的作用，开关管在零电压下关断。

因此，在移相控制方式下，开关管在零电压下实现开关过程。

[0020]其中超前桥臂的软开关实现过程中，开关管关断后，电路的谐振电感由外部电感、变压器的总漏感和折算到原边的副边滤波电感构成。

由于后者的数值较大，因此电感储有足够的能量抽走将要开通的开关管结电容上的电荷，并给同一桥臂上将要关断的开关管的结电容(或外加负载电容)充电，使电容完成充放电状态的转换。

[0021]由于用来实现零电压开关的能量是变压器原边中的能量恒流源，故超前桥臂开关管的开关过程中的谐振可以看作是一个恒流充。

因为能量很大，在超前桥臂开关过程中，其电流不能突变，类似于一个电过程，使得超前桥臂很容易实现零电压开通。

[0022]在滞后桥臂的开关管开关过程中，由于变压器的副边处于续流状态，原边和副边均处于短路状态，谐振电感仅为变压器的总漏感，谐振时由变压器的总漏感释放能量，使开关管Q41、Q43或者Q47、Q49的输出结电容完成充放电的状态转换。

当相应的电容电压谐振下降到零时，相应的开关管实现零电压导通。

[0023]新型移相全桥LLC技术控制三相三电平轮换驱动导通的全桥变换器，能实现全范围零电压开关，提高电源效率，减少输出纹波和电磁干扰。

[0024]本实用新型的有益效果是：具有有源功率因数校正、高效率,高功率密度,抗干扰能力强、性能指标优良稳定可靠、智能化控制,是一种技术含量高,知识面宽,更新换代快、优良技术互补结合的系统,可广泛应用于工业,新能源、机房、运输、信息、通信及文化等领域。

附图说明
[0025]下面结合附图对本实用新型作进一步的描述。

[0026]图1是本实用新型的结构方框图。

[0027]图2是本实用新型的DC/DC变换电路3内部结构方框图。

[0028]图3是本实用新型实施例的LLC隔离驱动模块33电气原理图。

[0029]图4是本实用新型实施例的控制驱动MOS管输出信号模块32电气原理图。

[0030]图5是本实用新型实施例的MOS管驱动信号连接电路图。

[0031]图6是本实用新型实施例的LLC谐振电路31电气原理图。

具体实施方式
[0032]参见附图，本实用新型一种基于移相全桥LLC技术的充电桩智能充电电源系统，其特征在于：包括EMI输入电路1、PFC三相有源电路2、DC/DC变换电路3、输入检测保护电路4、DSP:PFC控制驱动保护电路5、DSP:DC/DC控制驱动保护电路6、辅助电源 7、输出检测保护及温度检测电路8、通讯电路10和EMI输出电路9，其中：
[0033]EMI输入电路1连接PFC三相有源电路2和输入检测保护电路4，用于三相输入间的差模干扰、三相线与大地间的共模干扰，抑制尖脉冲干扰和除多种原因产生的传导干扰；[0034]PFC三相有源电路2连接EMI输入电路1、DC/DC变换电路3、DSP:PFC控制驱动保护电路5和辅助电源7，用于三相功率因数校正技术来抑制其产生的谐波污染；其由单独的DSP进行控制，根据交流输入电压，对输入电流进行校正，使其跟随交流输入电压，并按照环路计算的结果产生PWM进行驱动主电路；
[0035]DC/DC变换电路3连接PFC三相有源电路2、DSP:DC/DC控制驱动保护电路6和EMI 输出电路9，用于转换成所需的辅助电源7系统电压，其由DSP产生PWM控制前级PFC 输出的直流电压，整流滤波输出电流电压；
[0036]输入检测保护电路4连接EMI输入电路1和DSP:PFC控制驱动保护电路5，用于检测保护输入相的电压和电流是否正常，输入是否OVP过压、欠压；
[0037]DSP:PFC控制驱动保护电路5连接PFC三相有源电路2、输入检测保护电路4、 DSP: PFC控制驱动保护电路5和辅助电源7，用于检测保护PFCPWM脉宽控制信号、各相的PFC OCP 过流、PFC OVP过压；
[0038]DSP:DC/DC控制驱动保护电路6连接DC/DC变换电路3、DSP:PFC控制驱动保护电路5、辅助电源7、输出检测保护及温度检测电路8和通讯电路10，用于控制保护DC/DC 变换电路3、与通信电路互接信息；
[0039]辅助电源7用于提供DSP模块和集成IC运作的电源电压，其利用三相有源PFC的直流输出，产生控制电路所需的各路电源；
[0040]输出检测保护及温度检测电路8连接DSP:DC/DC控制驱动保护电路6、通讯电路 10和EMI输出电路9，用于保护检测输出电压OCP、OVP、欠压，以及充电桩电源模块的温度是否在正常水平；
[0041]通讯电路10连接DSP:DC/DC控制驱动保护电路6，用于读取和修改充电桩模块电源的性能参数信息；实现整流模块与控制模块的通信以及多个整流模块之间的均流作用；
[0042]输出电路连接DC/DC变换电路3和输出检测保护及温度检测电路8，用于将前级整流电压转换成充电模块要求的稳定的直流电压，输出充电桩所需要的直流电压。

[0043]在本实用新型的实施例中：
[0044]所述DC/DC变换电路3包括依次连接的LLC隔离驱动模块33、控制驱动MOS管输出信号模块32和LLC谐振电路模块31。

[0045]所述LLC隔离驱动模块33使用隔离驱动控制IC(SI8235BD-D-ISR)组成的电路。

图1
图2
图3
图4
图5
图6。